Mikroorganismer i jordbunden oxiderer vand til ilt i mørke som en pendant til de grønne planters fotosyntetiske proces.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2014 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.
Af Carsten Christophersen
Bortset fra nogle få specielle og produktionsmæssigt mindre økologiske nicher antages klodens iltproduktion at stamme fra fotosyntetiserende organismer og derfor være helt afhængigt af solens lys. Indtil nu er ingen aerobisk biologisk storskalaproduktion af ilt kendt. Men det har for nylig vist sig, at mange jordbunde kan afgive ilt i mørke uden medvirken af fotosyntese.
Jordbunden afgiver ilt
En samling af 16 jordprøver tages fra 0 til 5 cm’s dybde, skærmes fra lys og holdes ved 15˚C i mørke. Efter 3 til 27 døgns inkubation af jordprøver med H218O indeholder 10 ud af 14 prøver 18O2 i den ovenstående atmosfære.
Det er ukendte organismer
En serie prøver, der desinficeres med formalin eller HgCl2, demonstrerer ingen iltdannelse. Det er således med stor sikkerhed levende organismer, der er ansvarlige for O2-dannelsen.
Jordens surhedsgrad indvirker på iltproduktionen. Når pH målt i en opslæmning af 10 g jord i 25 ml vand er <4 observeres ingen eller forsvindende iltdannelse.
De ansvarlige organismer er åbenbart aerobe og hæmmes af en høj surhedsgrad. De er alment til stede i jord fra svenske og tyske skove, græsmarker og landbrugsjord. Jordens mineralindhold, bestemt ved forbrænding, korrelerer med iltdannelsen, således at et højt mineralindhold giver øget dannelse af ilt. Denne observation tyder på, at den/de ansvarlige organismer danner en biofilm, fordi biofilmdannelse ofte sker på mineraloverflader. Organismerne kunne være bakterier eller arkæer, men nu må mikrobiologerne på banen og undersøge biologien nøjere.
Hvorfor er det ikke opdaget før?
En grund er at produktionen er helt uventet og overraskende og derfor ikke har tiltrukket sig forskernes opmærksomhed før. En anden væsentlig grund er, at iltdannelsen maskeres ved iltforbrug i jorden på lokaliteten. Det dominerende forbrug af ilt i jord er til respiration, hvor det ender op i carbondioxid. Denne indkorporering kan ikke uden videre studeres ved isotopmærkninger, fordi CO2 let udveksler iltatomerne gennem ligevægt med hydrogencarbonation i vand. Det betyder også, at mængden af ilt, der produceres, ikke umiddelbart kan bestemmes ved denne type målinger.
Der kendes andre
Hydrogenperoxid kan generere O2. I mørke dannes H218O2 ved reduktion af 18O2, men det må først frisættes fra H218O og denne reaktion har ikke hidtil været kendt i mørke.
Mikrobiel såkaldt oxoklorat respiration danner ilt, men de jordprøver, der undersøges i dette studium indeholder ikke signifikante mængder af oxoklorater (ClO4-, ClO3-, ClO2-).
Dismutering af nitrogenoxider, hvor NO under dannelse af N2 og O2 kan oxidere methan, kendes, men det sker kun under anaerobe betingelser. Alt tyder således på, at iltdannelsen i jord sker ved en hidtil ukendt proces.
Sådan måles det
Jordprøver, der tilsættes H218O og holdes i mørke afskærmet fra alt lys, afgiver efter en tid 18O2 og 18O16O. Mængderne bestemmes vha. et quadropol gas massespektrometer. Før hver måling registreres en måling på almindelig luft og denne baggrund fratrækkes de målte værdier. Det naturlige indhold af 36Ar medregnes derfor ikke. Også tilstedeværelsen af saltsyre (med 37Cl) og svovl i gasfasen (36S) kunne udelukkes. Resultaterne viser, at vandet er blevet oxideret til ilt, ligesom det sker ved fotosyntesen.
Kilder
Dark oxidation of water in soils. S. Fleischer et al. Tellus B 2013, Bind 65, 20490. http://dx.doi.org/10.3402/tellusb.v650.20490.
Microbial metabolism of oxochlorates: A bioenergetics perspective. T. Nilsson, M. Rova og A. S. Bäcklund Biochimica et Biophysica Acta 2013, Bind 1827, Side 189-197.
De grønne planter holder fuld gang i fotosyntesen, men hvor stor del af den totale iltproduktion stammer mon fra den mørke iltsyntese i skovbunden?
Foto: Karla Acosta Chan.
